Kontinuum-Manipulatoren

Bearbeiter Dipl.-Ing. Tobias Mahl (bis 2014)
Dipl.-Ing. Valentin Falkenhahn (ab 2012)

Projektpartner Festo AG & Co. KG

 

 

 

Beschreibung

Der Bionische Handling Assistent (BHA) ist ein von der Firma Festo entwickelter Kontinuum-Manipulator, der 2010 mit dem Deutschen Zukunftspreis ausgezeichnet wurde. Dieser neuartige Roboter nach Vorbild eines Elefantenrüssels eignet sich durch seine nachgiebige, pneumatische Antriebstechnik und der daraus abgeleiteten inhärenten Sicherheit vor allem für die Mensch-Maschine-Interaktion.

Durch seine gelenkfreie Manipulatorstruktur kann diese spezielle Kinematik neue Anwendungsfelder erschließen. Für eine möglichst einfache Integration in bestehende Programmabläufe sollen trotz der Unterscheidung von konventionellen Robotern die bereits entwickelten Methoden und unterlagerten Funktionen an die erweiterten Anforderungen der Kontinuum-Manipulatoren angepasst werden. Da diese benötigten Schnittstellen und generischen Funktionen im bisherigen Prototypen und ähnlichen Manipulatoren bislang nicht vollständig implementiert worden sind, müssen diese für die Nutzbarkeit jener neuartigen Manipulatoren entwickelt werden.

Zentrale Aufgabe dieses Forschungsprojekts ist die Entwicklung und Erprobung von Methoden zur Steuerung und Regelung kontinuierlicher Manipulatoren, angewandt auf das Beispielsystem des Bionischen Handling-Assistenten. Daraus resultieren folgende Schwerpunkte des Forschungsprojekts:

  • Kinematische Modellierung kontinuierlicher Roboter
  • Kinematische Steuerung und Regelung kontinuierlicher Roboter
  • Dynamische Steuerung und Regelung der pneumatischer Balgstrukturen
  • Dynamische Modellierung kontinuierlicher Roboter
  • Dynamische Steuerung und Regelung kontinuierlicher Roboter

 

Projektpartner

Das beschriebene Projekt ist Teil einer Industriekooperation mit der Festo AG & Co. KG, einem weltweit führenden Anbieter von pneumatischer und elektrischer Technologie für Fabrikautomatisierung und Prozessautomatisierung.

Publikationen
Beiträge in Zeitschriften
  • V. Falkenhahn, A. Hildebrandt, R. Neumann & O. Sawodny, “Dynamic Control of the Bionic Handling Assistant”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, accepted for publication, doi:10.1109/TMECH.2016.2605820
  • V. Falkenhahn, T. Mahl, A. Hildebrandt, R. Neumann & O. Sawodny, “Dynamic Modeling of Bellows-Actuated Continuum Robots Using the Euler–Lagrange Formalism”, IEEE Transactions on Robotics, 31, pp. 1483-1496, 2015, doi:10.1109/TRO.2015.2496826, [pdf]
  • T. Mahl, A. Hildebrandt & O. Sawodny, “A Variable Curvature Continuum Kinematics for Kinematic Control of the Bionic Handling Assistant”, IEEE Transactions on Robotics, 30, pp. 935-949, 2014, doi:10.1109/tro.2014.2314777
Konferenzbeiträge
  • V. Falkenhahn, F. A. Bender, A. Hildebrandt, R. Neumann & O. Sawodny, “Online TCP Trajectory Planning for Redundant Continuum Manipulators using Quadratic Programming”, IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), Banff, Kanada, 2016, pp. 1163-1168
  • V. Falkenhahn, A. Hildebrandt, R. Neumann & O. Sawodny, “Model-based feed-forward position control of constant curvature continuum robots using feedback linearization”, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Seattle, WA, USA, 2015, pp. 762-767, doi:10.1109/ICRA.2015.7139264
  • L. Toscano, V. Falkenhahn, A. Hildebrandt, F. Braghin & O. Sawodny, “Configuration space impedance control for continuum manipulators”, International Conference on Automation, Robotics and Applications (ICARA), 2015, doi:10.1109/ICARA.2015.7081215
  • V. Falkenhahn, T. Mahl, A. Hildebrandt, R. Neumann & O. Sawodny, “Dynamic modeling of constant curvature continuum robots using the Euler-Lagrange formalism”, IEEE/ RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2014, pp. 2428-2433, doi:10.1109/IROS.2014.6942892
  • V. Falkenhahn, A. Hildebrandt & O. Sawodny, “Trajectory Optimization of Pneumatically Actuated, Redundant Continuum Manipulators”, American Control Conference (ACC), 2014, pp. 4008-4013, doi:10.1109/ACC.2014.6858736
  • V. Falkenhahn, A. Hildebrandt & O. Sawodny, “Offline Trajectory Planning of a Pneumatically Actuated, Continuum Manipulator on the Example of the Bionic Handling Assistant”, International Fluid Power Conference (IFK), 2014, pp. 456-463
  • T. Mahl, A. Mayer, A. Hildebrandt & O. Sawodny, “A Variable Curvature Modeling Approach for Kinematic Control of Continuum Manipulators”, American Control Conference (ACC), Washington, DC, USA, 2013, pp. 4952-4957
  • T. Mahl, A. Hildebrandt & O. Sawodny, “Forward kinematics of a compliant pneumatically actuated redundant manipulator”, IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), 2012, pp. 1267-1273, doi:10.1109/ICIEA.2012.6360917